Zbudowano najmniejszy na świecie chip do wszczepiania pod skórę. Waży 2 mg i może badać połączenia mózgowe

Japońscy naukowcy zbudowali najmniejsze na świecie urządzenie optyczne, które może być wszczepiane pod skórę. Zawiera ogniwo fotowoltaiczne, zasilane światłem podczerwonym, które emituje światło niebieskie. Zastosowanie światła podczerwonego pozwala na wszczepienie urządzenia na kilka centymetrów w głąb ciała, a emisja światła niebieskiego może być wykorzystana do kontroli wzorców mózgowych. Chip może znaleźć zastosowanie zarówno w opiece medycznej, jak i na błyskawicznie rosnącym rynku internetu rzeczy.

Zachowanie neuronów można zmienić nie tylko za pomocą substancji chemicznych, ale i samego światła. Światło może aktywować określone białka w mózgu, aby zmienić wzorce mózgowe. W związku z tym naukowcy wszczepili urządzenia optyczne np. gryzoniom, aby skutecznie kontrolować ich zachowanie, używając jako bodźca jedynie światła o określonych długościach fal. Dotychczas stosowane urządzenia były zazwyczaj nieporęczne i ciężkie, w dużej mierze ze względu na zależność od elektromagnetyzmu – zarówno napięcie, jak i prąd zmniejszają się wraz ze zmniejszaniem rozmiaru.

Grupa japońskich naukowców zbudowała wszczepialny chip CMOS o objętości 1 mm³ i ciężarze 2,3 mg.

– Rozmiar jest zawsze wyzwaniem. Nikt nie lubi mieć dużych implantów – podkreśla Takashi Tokuda, profesor nadzwyczajny w Nara Institute of Science and Technology (NAIST). – Zintegrowaliśmy dwa zestawy ogniw fotowoltaicznych na układach półprzewodnikowych. Dziesięć komórek zostało zintegrowanych do zasilania, a siedem komórek do polaryzacji.

Tak mały rozmiar urządzenia optycznego wynika z faktu, że w urządzeniach opartych na fotowoltaice napięcie pozostaje niezmienione niezależnie od rozmiaru. Nowy chip wykorzystuje uzupełniający się półprzewodnik z tlenku metalu, który kontroluje moc fotowoltaiczną.

Urządzenie zawiera chip LED InGan (zbudowany z azotku indu i galu), dzięki któremu może emitować niebieskie światło. Można je zaś aktywować za pomocą światła podczerwonego. To o tyle istotne, że podczerwień może wnikać głęboko w ciało, podczas gdy światło niebieskie nie może dotrzeć głębiej niż powierzchnia. Dlatego urządzenie można wszczepić na kilka centymetrów w głąb ciała.

Nowy biochip japońskich naukowców nie jest jednak jeszcze gotowy do wszczepiania, wciąż wymaga modyfikacji przed uzyskaniem pełnego potencjału.

– Urządzenie może być stosowane tylko do stymulacji impulsami i wymaga czasu ładowania dla każdej stymulacji. Większość optogenetyków używa wielu impulsów. Musimy poprawić wydajność odbioru i konwersji energii – wskazuje Takashi Tokuda. – Jest to jednak najmniejszy na świecie bezprzewodowy optyczny stymulator neuronowy.

Jeśli to najmniejsze na świecie urządzenie optyczne do wszczepiania pod skórę zostanie skomercjalizowane, może posłużyć m.in. w opiece zdrowotnej czy do kontrolowania urządzeń internetu rzeczy.